雜化軌道的型別簡介

2021-08-30 07:14:59 字數 2817 閱讀 9452

1樓:**雞取

一、sp雜化

同一原子內由一個ns軌道和一個np軌道發生的雜化,稱為sp雜化。雜化後組成的軌道稱為sp雜化軌道。sp雜化可以而且只能得到兩個sp雜化軌道。

實驗測知,氣態becl2中的鈹原子就是發生sp雜化,它是一個直線型的共價分子。be原子位於兩個cl原子的中間,鍵角180°,兩個be-cl鍵的鍵長和鍵能都相等。

二、sp²雜化

同一原子內由一個ns軌道和二個np軌道發生的雜化,稱為sp²雜化。雜化後組成的軌道稱為sp²雜化軌道。氣態氟化硼中的硼原子就是sp²雜化,具有平面三角形的結構。

b原子位於三角形的中心,三個b-f鍵是等同的,鍵角為120°。

三、sp³雜化

同一原子內由一個ns軌道和三個np軌道發生的雜化,稱為sp³雜化,雜化後組成的軌道稱為sp³雜化軌道。sp³雜化可以而且只能得到四個sp³雜化軌道。甲烷分子中的碳原子就是發生sp³雜化,它的結構經實驗測知為正四面體結構,四個c-h鍵均等同,鍵角為109°28′。

2樓:區曼安

按參加雜化的原子軌道種類,軌道雜化有sp和spd兩種主要型別,分為sp,sp2,sp3,dsp2,sp3d,sp3d2,d2sp3,按雜化後形成的幾個雜化軌道的能量是否相同,軌道的雜化可分為等性和不等性雜化。

一個原子中的幾個原子軌道經過再分配而組成的互相等同的軌道。原子在化合成分子的過程中,根據原子的成鍵要求,在周圍原子影響下,將原有的原子軌道進一步線性組合成新的原子軌道。這種在一個原子中不同原子軌道的線性組合,稱為原子軌道的雜化。

雜化後的原子軌道稱為雜化軌道。雜化時,軌道的數目不變,軌道在空間的分佈方向和分佈情況發生改變。組合所得的雜化軌道一般均和其他原子形成較強的σ鍵或安排孤對電子,而不會以空的雜化軌道的形式存在。

在某個原子的幾個雜化軌道中,全部由成單電子的軌道參與的雜化,稱為等性雜化軌道;有孤對電子參與的雜化,稱為不等性雜化軌道。

雜化軌道具有和s,p等原子軌道相同的性質,必須滿足正交,歸一性。

價鍵理論對共價鍵的本質和特點做了有力的論證,但它把討論的基礎放在共用一對電子形成一個共價鍵上,在解釋許多分子、原子的價鍵數目及分子空間結構時卻遇到了困難。例如c原子的價電子是2s22p2,按電子排布規律,2個s電子是已配對的,只有2個p電子未成對,而許多含碳化合物中c都呈4價而不是2價,可以設想有1個s電子激發到p軌道去了。那麼1個s軌道和3個p軌道都有不成對電子,可以形成4個共價鍵,但s和p的成鍵方向和能量應該是不同的。

而實驗證明:ch4分子中,4個c-h共價鍵是完全等同的,鍵長為109.3pm,鍵角為109°28′。

bcl3,becl2,pcl3等許多分子也都有類似的情況。為了解釋這些矛盾,2023年pauling提出了雜化軌道概念,豐富和發展了的價鍵理論。他根據量子力學(quantum mechenical)的觀點提出:

在同一個原子中,能量相近的不同型別的幾個原子軌道在成鍵時,可以互相疊加重組,成為相同數目、能量相等的新軌道,這種新軌道叫雜化軌道。c原子中1個2s電子激發到2p後,1個2s軌道和3個2p軌道重新組合成4個sp3雜化軌道,它們再和4個h原子形成4個相同的c-h鍵,c位於正四面體的中心,4個h位於四個頂角。 雜化軌道種類很多,如三氯化硼(bcl3)分子中b有sp2雜化軌道,即由1個s軌道和2個p軌道組合成3個sp2雜化軌道,在氯化鈹(becl2)中有sp雜化軌道,在過渡金屬化合物中還有d軌道參與的sp3d和sp3d2雜化軌道等。

以上幾例都是闡明瞭共價單鍵的性質,至於乙烯和乙炔分子中的雙鍵和三鍵的形成,又提出了σ鍵和π鍵的概念。如把兩個成鍵原子核間聯線叫鍵軸,把原子軌道沿鍵軸方向「頭碰頭」的方式重疊成鍵,稱為σ鍵。把原子軌道沿鍵軸方向「肩並肩」的方式重疊,稱為π鍵。

例如在乙烯(c2h4)分子中有碳碳雙鍵(c=c),碳原子的激發態中2px,2py和2s另外一個2pz軌道未參與雜化,位於與平面垂直的方向上。碳碳雙鍵中的sp2雜化如下所示。

這3個sp2雜化軌道中有2個軌道分別與2個h原子形成σ單鍵,還有1個sp2軌道則與另一個c的sp2軌道形成頭對頭的σ鍵,同時位於垂直方向的pz軌道則以肩並肩的方式形成了π鍵。也就是說碳碳雙鍵是由一個σ鍵和一個π鍵組成,即雙鍵中兩個鍵是不等同的。π鍵原子軌道的重疊程度小於σ鍵,π鍵不穩定,容易斷裂,所以含有雙鍵的烯烴很容易發生加成反應,如乙烯(h2c=ch2)和氯(cl2)反應生成氯乙烯(cl—ch2—ch2—cl)。

乙炔分子(c2h2)中有碳碳三鍵(hc≡ch)vsepr(valence-shell electron-pair repulsion)(價電子層互斥模型) 通過成鍵電子對數與孤電子(lone pair electron)對數可判斷中心原子雜化模型,成鍵電子對數:abn中n的值;孤電子對數:(a價電子數-a成鍵電子數)/2。

價電子對總數即兩者之和,如價電子對總數為2時為sp雜化(直線形),為3時為sp2雜化(平面三角形),為4時為sp3雜化(四面體),5——sp3d(三角雙錐),6——sp3d2(八面體)。而成鍵電子對數與孤電子對數的不同使得分子的幾何構型不同。

軌道的相互疊加過程叫原子軌道的雜化。原子軌道疊加後產生的新的原子軌道叫雜化軌道。

⑴ 在形成分子(主要是化合物)時,同一原子中能量相近的原子軌道 (一般為同一能級組的原子軌道) 相互疊加(雜化)形成一組的新的原子軌道。

⑵ 雜化軌道比原來的軌道成鍵能力強,形成的化學鍵鍵能大,使生成的分子更穩定。由於成鍵原子軌道雜化後,軌道角度分佈圖的形狀發生了變化(形狀是一頭大,一頭小),雜化軌道在某些方向上的角度分佈,比未雜化的p軌道和s軌道的角度分佈大得多,它的大頭在成鍵時與原來的軌道相比能夠形成更大的重疊,因此雜化軌道比原有的原子軌道成鍵能力更強。

⑶ 形成的雜化軌道之間應儘可能地滿足最小排斥原理(化學鍵間排斥力越小,體系越穩定),為滿足最小排斥原理, 雜化軌道之間的夾角應達到最大。

⑷ 分子的空間構型主要取決於分子中σ鍵形成的骨架,雜化軌道形成的鍵為σ鍵,所以,雜化軌道的型別與分子的空間構型相關。

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